衛(wèi)星遙感與湖泊研究
當(dāng)今新興的空間技術(shù)──衛(wèi)星遙感技術(shù)是探測湖泊、海洋的先進(jìn)手段。不論是分布在人跡罕至的火口湖，或是巖溶地區(qū)的巖溶湖，還是冰天雪地中的冰川湖，乃至渺無人煙浩瀚戈壁沙漠的風(fēng)成湖……，在遙感衛(wèi)星的觀察下，任何湖泊，都原形畢露。
湖泊等水體的遙感，主要是通過遙感器探測紀(jì)錄水的光譜特征得以表征。因此，水體的影像特征與水的光譜特性緊密相關(guān)。湖泊水體在可見光范圍內(nèi)，其影像色調(diào)與水體的懸浮物微粒數(shù)量、粒徑大小、及混濁度有關(guān)。當(dāng)水體較清澈時(shí)，對(duì)短波的散射能力強(qiáng)，水體影像呈現(xiàn)藍(lán)色；水體混濁時(shí)，影像呈現(xiàn)綠色或黃綠色，這就是人們以遙感圖像解譯湖泊的重要標(biāo)志之一。
資源衛(wèi)星可以探測地球上各種湖泊，不僅能捕捉到“世界屋脊”上的湖泊，而且還能準(zhǔn)確無誤地追蹤湖泊游移的行跡，乃至湖泊消亡的痕跡。
(1) 湖泊水體演變的遙感研究
資源衛(wèi)星圖像是湖泊遙感調(diào)查分析的依據(jù)。在聞名于世的青藏高原上，鑲嵌著形式、大小各異的湖泊。它們當(dāng)中有些能涉足而登，親臨其境進(jìn)行考察，還有不少的是可望而不可及的，只能利用衛(wèi)星影像作分析研究。
資源衛(wèi)星圖像上，有不同色調(diào)、大小形狀的圖斑。就湖泊水體來說，其波譜特性和背景地物的光譜特性有明顯的差異：在可見光范圍，湖泊水體的反射率與其背景地物類型的發(fā)射率相差不大；可是在紅外波譜段，水體與背景地物反射率有明顯的差別，因?yàn)楹此w對(duì)紅外輻射，幾乎全部吸收，使湖泊水體相對(duì)于其背景地物有顯著的色調(diào)區(qū)別。因此，湖泊水體在陸地衛(wèi)星圖像的MSS7波段（0.7-1.1微米）有很好顯示，地學(xué)工作者通常采用此波段圖像進(jìn)行室內(nèi)的湖泊位置、形狀、大小和水文等特征的分析。
對(duì)不同時(shí)期湖泊水位的變化，也可采用不同波段，如用陸地衛(wèi)星MSS4，MSS5，MSS7合成的標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像中的藍(lán)色、深藍(lán)色等不同層次的顏色得以區(qū)別。從而可用作分析湖泊水位變化的地理規(guī)律。
水體與背景地物的影像特征區(qū)別，不僅能反映出湖泊的形態(tài)特征，而且可揭示其成因，結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。同時(shí)，可用以分析湖泊的演變。
以70年代后期干涸消亡的羅布泊為例，它的消失過程在陸地衛(wèi)星假彩色圖像上，得到了清晰地顯示：灰白色的影像是原湖體的分布輪廓，其中的不同色調(diào)，表明原湖底地貌的地勢特征。圖像中羅布泊北部，呈深暗棕色部分是湖體后期消亡過程的遺跡，湖泊中部深淺暗棕色交叉的條帶曲形影像，反映出湖泊退縮形成的地貌特征。當(dāng)然，對(duì)于湖體成因及其結(jié)構(gòu)研究，單純依照衛(wèi)星影像色調(diào)、形狀等標(biāo)志是不夠的，還應(yīng)運(yùn)用地學(xué)、生物學(xué)原理，進(jìn)行多元信息的綜合分析，有條件的地方應(yīng)結(jié)合實(shí)地樣品，作定量研究。從羅布泊影像色調(diào)、形狀等特征分析認(rèn)為，它是由北向南而游移的。目前的干湖區(qū)即最后的消亡區(qū)，處于原羅布泊的中部。可見，衛(wèi)星遙感是人們追蹤游移湖泊，判斷湖泊演變的一種有效方法。
在豐富多彩的衛(wèi)星影像上，湖泊、水庫等水體，一般呈現(xiàn)深色調(diào)，在黑白片上呈現(xiàn)黑色，在彩紅外圖像上，呈深藍(lán)色或者墨綠色。這些深淺不同的色調(diào)，往往與湖泊、水庫的蓄水深度有關(guān)，一般來說水深色濃，水淺色淡。另外，湖泊、水庫圖形與其所處的地形特征有關(guān)。比如，波光粼粼、水清如玉的洱海，其外形受斷陷構(gòu)造影像，酷似人耳，古人命名為洱海。它與白雪皚皚的蒼山相互輝映，被譽(yù)為“玉洱銀蒼”。這種惟妙惟肖的景觀，在資源衛(wèi)星影像上一覽無遺，又如冀東地區(qū)的人工湖--潘家口水庫猶如一跳水龍，蜿蜒而下，這是因彎曲峽谷地形所致。
誠然，資源衛(wèi)星由于觀察高度大，不少景物，因受遙感器分辨力等的限制，在影像上不可能將地球表面的所有地物一一顯示出來，這正是衛(wèi)星圖像宏觀性的特點(diǎn)。
(2 )湖區(qū)洪、澇、淤等災(zāi)害的分析
實(shí)踐表明，資源衛(wèi)星圖像除用作湖泊水體分布與變遷等動(dòng)態(tài)變化研究外，還可以有效地分析湖區(qū)洪、澇、淤等災(zāi)害。
1991年太湖地區(qū)災(zāi)難性的洪澇水情，給災(zāi)區(qū)人民造成很大損失。資源衛(wèi)星在這抗災(zāi)斗爭中，密切的探視著洪澇險(xiǎn)情，為戰(zhàn)勝這場天災(zāi)立下了不可磨滅的功勞。從全流域來說，除常州、無錫一些縣市外，降雨量沒有1954年大，不少地方的降雨量還不及其一半，但這場洪水造成的危害卻令人震驚。
造成這場洪水災(zāi)害過大一個(gè)重要原因，是太湖流域蓄洪泄洪功能下降。其中因某些不合理工程造成的"故障"等現(xiàn)象在資源衛(wèi)星圖像上早有顯露，告誡了太湖區(qū)域"腸梗阻"嚴(yán)重，但這一忠告，沒能引起有關(guān)部門足夠的警惕，于是加重了這場洪澇災(zāi)害。太湖流域遭受洪澇災(zāi)害期間，資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和側(cè)視雷達(dá)等先進(jìn)監(jiān)測手段充分發(fā)揮了作用，利用它們拍攝的圖像，判讀出湖區(qū)受災(zāi)范圍、淹沒區(qū)，在短短的半個(gè)月內(nèi)，就向中央有關(guān)部門提供了太湖流域洪澇分布圖，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)處理獲取了受災(zāi)面積，估算洪澇災(zāi)害損失，為國家提供了抗災(zāi)救災(zāi)的決策依據(jù)，充分展示了衛(wèi)星遙感宏觀、實(shí)時(shí)、客觀監(jiān)測湖泊洼區(qū)洪澇災(zāi)害的重要作用。
(3) 高原荒漠湖泊水文特性調(diào)查
在茫茫高原，人跡罕至的荒漠區(qū)，分布有無數(shù)的湖泊，對(duì)其水文特性更難以涉足研究，因此知之甚少。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用，資源、氣象衛(wèi)星等探測到的各種遙感信息，為揭示湖泊奧秘，創(chuàng)造了條件。
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西部湖泊 |
高原湖泊特性各異，有的湖水甘甜可口，有的水質(zhì)咸苦不能飲用。冬季，不少湖泊結(jié)冰封凍，也有些湖泊在冰雪中湖水依然波光粼粼。即使相距綿連的姐妹湖，也會(huì)是一個(gè)冰面如鏡，另一個(gè)碧波蕩漾。這些信息都能被遙感衛(wèi)星所監(jiān)測。
研究表明，高原湖泊冬季結(jié)冰與否，除了氣候因素以外，與湖水礦化度有重要關(guān)系。藏北高原內(nèi)流區(qū)的湖泊一般屬于咸水湖，乃至鹽湖。它們?cè)谟跋裆系纳{(diào)也各有所異，例如，瑪爾果茶卡湖，黑白衛(wèi)星像片上，湖面鹽結(jié)晶板的部分呈灰白色；礦化度呈飽和狀態(tài)的湖水面，呈深黑色，這類湖泊，多是礦物湖，其礦化度均處于20克/升以上，最高的可達(dá)400克/升，通過分析其色調(diào)深淺與所處地形部位的相關(guān)研究可得出不同湖泊的水文特性。
高原咸水湖在-16℃到-21℃時(shí)才結(jié)冰，礦化度大于35克/升的鹽湖，冬季往往不結(jié)冰。根據(jù)這一特點(diǎn)，可以從冬季圖像上分析湖泊的礦化度，不結(jié)冰的湖泊礦化度至少為35克/升，結(jié)冰的湖泊，礦化度則較低。另外，若湖泊有豐富雪水補(bǔ)給，礦化度自然較低，易結(jié)冰。例如位于高原海拔5158米處的布若錯(cuò)，因有雪山溶水補(bǔ)給，湖水礦化度變小，冬季就結(jié)冰。可見，利用衛(wèi)星圖像對(duì)湖泊水文特征分析是可行的，是一經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。
(4) 湖泊信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用
利用資源衛(wèi)星圖像，進(jìn)行湖泊、水庫的分析之圖，可以建立湖泊信息系統(tǒng)，這是湖泊遙感多元分析的新途徑，也是湖泊數(shù)據(jù)更新的重要保證，具有多方面的應(yīng)用功能。
湖泊水庫等地理分布調(diào)查，不論高山高寒地區(qū)，或是浩瀚無際的沙漠地帶以及人煙稀少的邊境區(qū)域，都能通過衛(wèi)星像片的地學(xué)分析，標(biāo)出湖泊等水體的位置、形狀、大小等基本特征。有目的地建立湖泊數(shù)據(jù)庫，為水資源調(diào)查，開創(chuàng)新技術(shù)途徑。
湖泊水化學(xué)成分、礦化度、水質(zhì)、水溫等，都能從衛(wèi)星影像特征中進(jìn)行定性研究，同時(shí)也可結(jié)合地面有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)作定量分析，還可對(duì)地圖上湖泊、水庫、沼澤洼地等水文要素作更新修正。它們?cè)诤葱畔⑾到y(tǒng)的支持下，利用資源衛(wèi)星像片修編地圖是一條多、快、好、省的途徑。這對(duì)地物變化快的要素，如湖泊的退縮消長，水庫的興修擴(kuò)建等圖面訂正補(bǔ)充，都有很好的效果。
衛(wèi)星遙感圖像具有其周期性、宏觀性和現(xiàn)勢性特點(diǎn)，因此，運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行湖泊、水庫等調(diào)查制圖，有著快速、實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢。所以，開展湖泊地理信息系統(tǒng)的研制，實(shí)時(shí)監(jiān)測湖泊水體，具有廣闊的應(yīng)用前景。
資源衛(wèi)星對(duì)湖泊資源的保護(hù)和開發(fā)利用，能發(fā)揮獨(dú)特的作用。湖泊是一個(gè)多功能的資源庫，人們不斷地開發(fā)索取，其結(jié)果引起湖泊生態(tài)環(huán)境的變化，乃至惡化。而資源衛(wèi)星獲取的像片，能不時(shí)地將湖區(qū)被圍墾，湖面縮小，直至湖泊生態(tài)系統(tǒng)的破壞等信息傳遞給人們，進(jìn)而可引起有關(guān)部門的重視，采取措施積極保護(hù)湖泊資源。
80年代后期以來，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所開展了一系列湖泊數(shù)據(jù)庫--湖泊信息系統(tǒng)的研究，積累了豐富的湖泊信息，并于90年代后期上網(wǎng)發(fā)布。網(wǎng)址是：159.226.73.175。
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